DE2507209C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Destillieren einer Flüssigkeit - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Destillieren einer FlüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und
auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 6.
Bei einem Verfahren der vorgenannten Art werden die Brüden der Verdampferstufe niedrigster Temperatur
in die Verdampferstufe höchster Temperatur eingespeist. Den Brüden wird hierbei nur die im
Kompressor erzeugte Kompressionswärme zugeführt (DE-OS 22 19 650).
Es ist auch ein mehrstufiger Verdampfer bekannt, bei dem die Brüden von Verdampferstufen niedrigerer
Temperaturen mit Hilfe eines mit Hochdruckdampf betriebenen Dampfstrahles abgesaugt werden und das
Gemisch aus Treibdampf und Brüden dem Wärmetauscher einer Wärmekammer höchster Temperatur
zugeführt wird. Die in den vorhergehenden Wärmekammern erwärmte zu destillierende Flüssigkeit wird in
nachgeschalteten Entspannungskammern entspannt, wobei die hier entstehenden Brüden in die Wärmekammern
niederer Temperaturen zum Erwärmen der zu destillierenden Flüssigkeit eingeleitet werden. Der in
jeder Verdampferstufe erzeugte Dampf wird nur einmal für die Verdampfung über die ganzen Verdampferstufen
benutzt. Entspannungskammern niedrigerer Temperatur sind mit Wärmetauscherkammern verbunden, durch
die Frischwasser zur Kühlung hindurchgeführt wird, wodurch Wärme aus dem Verdampfer abgeführt wird,
was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt (GB-PS 8 29 036).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den thermischen Wirkungsgrad eines Verdampfers
durch Vermischen des in einer Stufe erzeugten Niederdruckdampfes mit für die Heizung
nutzbarem Hochdruckdampf zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil
des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Mittels des Dampfstrahlers wird Hochdruckdampf zugeführt
und mit den Brüden vermischt. Die Wärme in der Verdampferstufe niedrigster Temperatur wird durch
Zuführen der zu destillierenden Flüssigkeit von außen in günstiger Weise ausgenutzt. Wegen der Zuführung des
Konzentrates der Verdampferstufe niedrigster Temperatur zur Verdampferstufe höchster Temperatur wird
ein Höchstmaß an zu destillierender Flüssigkeit verdampft
Eine Vereinfachung der Abfuhr von nicht kondensierbaren Gasen wird durch die Merkmale des Anspruches 4 erreicht Hierdurch wird die Energie des
Hochdruckdampfes wirkungsvoll ausgenutzt und Heizenergie eingespart.
Weitere VorteDe ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. In
dieser ist ein Verdampfer als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, dessen Wirkungsweise nachstehend beschrieben wird. In der
Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines lotrechten mehrstufen Verdampfers entsprechend der vorliegen- is
den Erfindung;
Die vorliegende Erfindung wird im wesentlichen zur Erzeugung von reinem Wasser aus Scizwasser, z. B.
Meerwasser, Grundwasser und verschmutztem Flußwasser, benutzt, obwohl sie auch zum Konzentrieren
verschiedener Lösungen anwendbar ist Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem lotrechten,
mehrstufigen Verdampfer für Meerwasser.
Der lotrechte mehrstufe Verdampfer ist mit 1 bezeichnet und hat eine Oberseite 2, einen Boden 3 und
Seitenwände 4, weiche ein Gehäuse 5 bilden, das durch im wesentlichen waagerechte Trennwände 6 in mehrere
Stufen 7 unterteilt ist
Jede Stufe 7 hat ein Rohrbündel U, das eine Anzahl von Wärmeübertragungsrohren 10 zum Verdampfen
zwischen einer Einlaßrohrplatte 8 und einer Auslaßrohrplatte 9 aufweist Die Sole wird unterhalb des
Rohrbündels in einem auf der Trennwand 6 angeordneten Solebehälter 12 gesammelt Eine Dampfeinlaßkammer 13 und eine Destillatkammer 14 sind vorgesehen.
Die Destillatkammern einander benachbarter Stufen sind durch Rohre 15 miteinander verbunden.
Der Verdampfungsraum 16 außerhalb der Rohre 10 ist mit der Dampfeinlaßkammer 13 der folgenden Stufe
durch eine Dampfauslaßkammer 18 mit einem Flüssigkeitsabscheider 17 verbunden. Auf diese Weise wird im
Verdampfungsraum einer oberen Stufe erzeugter Dampf in den Kondensationsraum 19 innerhalb der
Rohre der folgenden darunterliegenden Stufe eingebracht
Düsen 20 durchdringen jede Wand 6, mit Ausnahme der Wand 6c; oberhalb der Stufe Td mit der geringsten
Temperatur. Die Düsen 20 sprühen die Sole in den Solebehälter 12 auf die Rohre 10 der unteren Stufen.
Solevorwärmer 21 sind mittels Rohren 22 in der Einlaßkammer jeder Stufe, mit Ausnahme der Stufe 7a
mit der höchsten Temperatur hintereinander geschaltet
Die Bauformen der obersten Stufe la und der untersten Stufe Td sind nahezu gleich der der
Zwischenstufen 7, mit Ausnahme, daß die Dampfeinlaßkammer 13a der oberen Stufe Ta mit dem Auslaßrohr 25
eines Dampfejektors 24 verbunden ist, der mittels durch
ein Zuführungsrohr 23 hindurchgeführten Hochdruckdampfs betätigbar ist Ein Solesprüher 26 ist über den
Rohren 10 vorgesehen und die Destillatkammer 14a ist mit einem Rohr 27 verbunden, womit nicht kondensierbare Gase in die Atmosphäre abgeblasen werden.
In der unteren Stufe 7</ist die Trennwand 6c nicht mit
Düsen versehen. Statt dessen ist eine Sprüheinrichtung 29 für Meerwasser, das durch ein Rohr 46 vom Meer 28
angesaugt wird, oberhalb des Rohrbündels 11 vorgesehen. Die Dampfauslaßkammer 18t/ der untersten Stufe
Td ist mit dem Saugeinlaß des Ejektors 24 durch ein
Ansaugrohr 30 verbunden. Die Desiillatkammer 14</ist
mit einer Destillatpumpe 31 verbunden. Ein Kühler 34 ist mit einer Leitung 33 verbunden, die von der
Pumpenauslaßleitung 32 abgezweigt ist, um gekühltes Destillat über ein Rohr 35 abzuführea Die Sole im
Solebehälter 12c/ auf dem Boden 3 v.ird mittels einer
Pumpe 37 durch ein Auslaßrohr 36 und durch ein Rohr 38 zu den Vorwärmern 21 gepumpt Eine Leitung 39 ist
für die unmittelbare Abfuhr eines Teils der abgezogenen Sole vorgesehen. Die Menge des durch die Sprüheinrichtung 29 zuzuführenden Meerwassers ist durch ein
Ventil 44 einstellbar, das durch Signale steuerbar ist, die von einem Temperaturfühler 43 gesteuert werden, der
vorzugsweise nach Art eines Quecksilberausdehnungsoder Platinwiderstandfühlers ausgebildet ist. Ein Druckfühler kann anstelle des Temperaturfühlers angeordnet
werden, wenn der Dampf unter Sättigungsbedingungen steht Das Meerwasser sollte vorzugsweise mit einem
der Bildung von Kesselstein entgegenwirkenden Inhibitor, z. B. Schwefelsäure, Polyphosphat und dgl, versehen
sein, welcher durch das Rohr 45 eingebracht werden kann. In einem lotrechten, mehrstufigen Verdampfer
der vorbeschriebenen Bauart wird Hochdruckdampf von z. B. 10—30 kg/cm2 zum Antrieb des Ejektors 24
über ein Rohr 23 eingespeist, so daß der Ejektor über das Rohr 30 in der untersten Stufe Td erzeugten
Niederdruckdampf von etwa 0,7 kg/cm2 ansaugt. Mitteldruckdampf von etwa 1,0 kg/cm2 als Mischung des
angesaugten Dampfes und des Teildampfes für den Ejektor wird durch das Rohr 25 der Einlaßkammer 13a
der ersten Stufe zugeführt und dann als Wärmequelle in die Kondensationsseite 19 (innere Seite) der Rohre 10 in
der oberen Stufe 7a eingeleitet
Da der Druck und die Temperatur in jeder der Stufen 7a, Tb, Tc und To nacheinander tiefer als die Temperatur
in der benachbarten oberen Stufe gehalten werden, ermöglicht das höchste Vakuum, das in der untersten
Stufe Td erzeugt wird, das Ansaugen des Wassers aus dem Meer 28 durch das Rohr 46 und durch den Kühler
34, worin Wärme zwischen dem Meerwasser und dem heißen Destillat ausgetauscht wird. Das Meerwasser
wird dann gesteuert durch das Ventil 44 in der gewünschten Menge durch die Sprüheinrichtung 29 auf
die Außenfläche der Wärmeübertragungsrohre 10 der unteren Stufe Td aufgesprüht, und es wird zwischen dem
von der oberen Stufe Tc eingespeisten Dampf und dem Meerwasser auf der Innenseite der Wärmeübertragungsrohre Wärme ausgetauscht, welche das Meerwasser zur Teilverdampfung erwärmt Die verbleibende
Sole wird durch eine Pumpe 37 über die Rohre 36, 38, den Solevorwärmer 21 und das Rohr 22 zur oberen
Stufe 7a gefördert und dann durch den Sprüher 26 auf die Außenseite der darin vorhandenen Wärmeübertragungsrohre gesprüht
In der oberen Stufe 7a berührt die Sole die Wärmeübertragungsrohre 10, wo die Mischung aus
Treibdampf und Meerwasserdampf, die vom Ejektor 24 stammt, die Sole aufheizt und einen Teil davon
verdampft. Der erzeugte Dampf wird dann durch den Flüssigkeitsabscheider 17, die Kammer 18 und die
Einlaßkammer 136 zur Innenseite 19 der Rohre 10 in der folgenden Stufe Tb geführt.
Die in der Stufe 7a teilweise verdampfte Sole wird konzentriert, in dem Solebehälter 12a gesammelt und
aufgrund des Wasserdruckes und des Druckunterschiedes zwischen den Stufen Ta und 7öüber die Düsen 20 auf
die unteren Verdampfungsrohre in der folgenden Stufe Tb aufgesprüht, wo ein Wärmeaustausch mit dem
Dampf stattfindet, der in die Rohre eingespeist wird, wobei ein anderer Teil der Sole verdampft.
Das in jeder Stufe in den Rohren 10 durch Kondensation der Dämpfe gebildete Destillat wird in
der Destillatkammer 14 gesammelt. Gase, die in der Destillatkammer 14a der höchsten Stufe 7a nicht
kondensierbar sind, werden unmittelbar über das Rohr 27 durch den Druckunterschied zwischen seinem ι ο
Innenraum und der Atmosphäre ausgeschieden. Das in den Destillatkammern 14 gesammelte Destillat fließt
daraufhin wasserfallartig durch die Rohre 15 nach unten und wird schließlich als Erzeugnis von der unteren
Destillatkammer 14c/ mittels der Pumpe 33 und dem Auslaßrohr 32 abgezogen. Das heiße Erzeugnis aus dem
Auslaßrohr 32 ist zur Kesselspeisung geeignet. Wo ein kälteres Erzeugnis bevorzugt wird, wird das Wasser
durch den Kühler 34 geleitet und über das Rohr 35 ausgeschieden.
Eine solche Verdampfung und eine solche Kondensation werden in jeder Stufe wiederholt Der in der Stufe
Tc erzeugte Dampf wird in die Rohre der unteren Stufe eingebracht, um wie vorstehend beschrieben kondensiert zu werden, so daß die über die Rohre gesprühte
Sole verdampft wird. Der erzeugte Niederdruckdampf wird durch den Ejektor 24 über das Ansaugrohr 30
aufgrund der Energie des Hochdruckdampfes (Treibdarnpf) abgezogen, der dem Ejektor von einer äußeren,
nicht dargestellten Quelle zugeführt wird. Nachdem der Niederdruckdampf komprimiert, erwärmt und mit dem
Treibdampf in dem Ejektor vermischt ist, wird er in die obere Stufe 7a als Wärmequelle eingebracht. Die in der
Stufe Tc verbleibende konzentrierte Sole wird in dem Solebehälter 12c gesammelt und wird als warme Sole
durch eine Pumpe 41 über Rohre 40 und 42 ausgebracht.
Sole wird in der unteren Stufe Td teilweise verdampft
und die verbleibende Sole wird in dem Solebehälter 12c/
gesammelt und mittels einer Pumpe 37, wie vorstehend erwähnt, hochgepumpt und erneut für die Verdampfung
in den vorhergehenden Stufen benutzt
Obgleich diese für die Verdampfung von Meerwasser vorgesehene Bauform es ermöglicht daß die konzentrierte Sole durch eine Pumpe 41 aus der Stufe Tc
abgezogen wird, wenn das System zur Erzeugung von reinem Wasser aus Salzwasser niederer Konzentration,
z. B. Flußwasser und anderes Brackwasser, oder beim Konzentrieren von Milch, Säften oder Schmutzwasser
usw, verwendet wird, so kann zusätzlich ein Rückführrohr 47 vorgesehen sein, daß das Auslaßrohr 42 mit dem
Einlaßrohr 46 für den nochmaligen Umlauf der Flüssigkeit in dem System verbindet oder in einem
anderen Fall kann eine Trennwand 6c mit Düsen ausgerüstet sein, um die Flüssigkeit in die untere Stufe
7c/für den Wiederumlauf einzuführen und sie dadurch zu
konzentrieren.
Obwohl das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel horizontal angeordnete Wärmeübertrag angsrohre 10
aufweist welche einen inneren Kondensationsraum und einen äußeren Verdampfungsraum auf'1 eisen, können no
sie auch umgekehrt wirken, oder '«»de Stufe kann auch
waagerecht angeordnet sein.
Bei der vorliegenden r hndung wird ·. — Niedertemperaturdampf, der in der unteren Stufe aus _ τι durch
den eine höhere Temperatur aufweisenden Dampf von b~>
der vorhergehenden Stufe erwärmten Rohrwasser erzeugt wird, durch einer Ejektor angesaugt der durch
Hochdruckdampf betrieb >n wird, wobei dieser Dampf
mit dem Niederdruckdampf vermischt wird. Diese Mischung wird als Wärmequelle in den Kondensationsbereich der oberen Stufe eingespeist Obgleich da:
vorstehend beschriebene Verfahren nur auf die Verdampfung durch eingebrachten und als Wärmequelle dienenden Hochdruckdampf gerichtet ist, kann dei
Gegenstand der vorliegenden Erfindung zum Verdampfen der Sole Dampf benutzen, der in der unteren Stufe
durch Wiedererwärmen mittels eines Dampfejektors erzeugt wird. Dies erhöht den Wirkungsgrad des
Verdampfers. Dieser Wirkungsgrad ist durch das Verhältnis der Menge des destillierten Wassers zu der
eingebrachten Dampfmenge bestimmt Wenn z. B. in einem Ejektor die Menge an Treibdampf und die Menge
des angesaugten Niederdruckdampfes gleich gehalten werden kann, so ist die einen Mitteldruck aufweisende
Dampfmischung als Wärmequelle mengenmäßig doppelt so groß wie der Hochdruckdampf, wodurch der
Wirkungsgrad verdoppelt wird
Der übliche, mehrstufige Verdampfer erfordert einen Kondensator für Dampf, der in den untersten Stufen
erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung braucht überhaupt keinen solchen Kondensator, da die Verdampfung durch alle Wärmeübertragungsrohre, mil
Ausnahme der Vorwärmer, geschieht, wodurch die Zahl der erforderlichen Wärmeübertragungsrohre verringert
wird, die aus teueren Werkstoffen bestehen. Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung nicht
kondensierbare Gase, die aus dem rohen Salzwasset stammen, unter hohem Dampfdruck komprimiert und
erreichen die oberste Stufe mit einem Druck, der höhei
als der Atmosphärendruck ist Demzufolge können die Gase, die von der Auslaßseite der Rohre in der oberer
Stufe stammen, unmittelbar in die Atmosphäre geleitet werden, wodurch eine Vakuumeinrichtung zum Ausbringen nicht kondensierbarer Gase wie beim bekannten System nicht notwendig ist
Wie vorstehend angegeben, wird die Arbeitstemperatur der obersten Stufe höher gehalten, als dei
Siedepunkt (1000C) unter Atmosphärendruck, während
die Arbeitstemperatur des unteren Verdampfers, wie ir F i g. 1 dargestellt, ebenfalls verhältnismäßig hoch ist
Dadurch arbeitet das System mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten und einer kleinen Anzahl vor
Wärmeübertragungsrohren, wodurch die Größe des Verdampfers verringert wird.
Die Temperaturangaben an bestimmten Stellen in F i g. 1 des Systems beziehen sich auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel. Diese ändern sich entsprechend der Temperatur des Meerwassers, dem Dampfdruck
usw.
Das bekannte Verfahren braucht eine große Menge an Kühlwasser für den Kondensator und demzufolge
eine groß ausgelegte Pumpe, während, wie bereit!
dargelegt das System nach der Erfindung bei hoher Temperaturen arbeitet die von den üblichen Temperaturen des Meerwassers stark verschieden sind, so daC
eine geringe Menge an zugeführtem Wasser für das Kühlen genügt Auch kann die Wasserzufuhr durch das
Vakuumansaugen der Bodenstufe mit ihrem verringerten Druck erreicht werden, wodurch das System
vereinfacht und die Energiekosten durch Wegfall dei Pumpe verringert werden.
Darfiber hinaus wird entsprechend dem üblicher Konzept die Dampfzufuhr eingerichtet um die gewünschten Temperaturen und die gewünschten Drücke
u. dem Verdampfer durch Drosseln der Dampfzufuhi
zum Ejektor zu erhalten. Hierbei fällt der Dampfdruck
unmitteibar vor dem Ejektor, so daß die Energie des Hochdruckdampfes nicht wirksam ausgenutzt wird, was
zu einem verringerten Wirkungsgrad des Ejektors und einem verringerten Verhältnis des Wirkungsgrades
entsprechend der Verringerung der angesaugten Dampfmenge führt. Bei der vorliegenden Erfindung
kann jedoch eine Steuerung der Zufuhr des Rohsalzwassers durch Abfühlen der Temperatur oder des
Sättigungsdruckes in der oberen Stufe vorgesehen sein, wodurch der Arbeitsvorgang konstanter und wirkungsvoller
als bei dem bekannten System ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Destillieren einer Flüssigkeit, insbesondere einer Lösung, in einem mehrstufigen
Verdampfer mit von Stufe zu Stufe abnehmenden Temperaturen, der in den einzelnen Stufen mit
einem Wärmetauscher versehen ist, welcher au! einer seiner wärmetauschenden Seiten mit der zu
destillierenden Flüssigkeit beaufschlagt wird und auf der anderen Seite mit den Brüden der vorhergehenden
Stufe beheizt wird, wobei die Brüden kondensieren und das Kondensat aus der Stufe tiefster
Temperatur abgezogen wird, und bei dem die Brüden der Stufe niedrigster Temperatur abgesaugt,
komprimiert und dem Wärmetauscher der Stufe is höchster Temperatur zugeführt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brüden der Stufe niedrigster Temperatur mit Hilfe eines mit Hochdruckdampf
betriebenen Dampfstrahlers abgesaugt werden und das Gemisch aus Treibdampf und Brüden dem Wärmetauscher der Stufe höchster
Temperatur zugeführt wird, während die zu destillierende Flüssigkeit der Stufe niedrigster
Temperatur zugeführt wird und der Wärmetauscher der Stufe höchster Temperatur mit dem Konzentrat
der Stufe niedrigster Temperatur beaufschlagt wird, und daß das Konzentrat aus der Stufe, die der mit
niedrigster Temperatur vorhergeht, abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des abgezogenen Konzentrates
in die zu destillierende Flüssigkeit eingespeist wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Stufe niedrigster
Temperatur anfallende Konzentrat durch die Brüden mindestens einer Stufe vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe
höchster Temperatur mit einem über dem Atmosphärendruck
liegenden Druck betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge
der in der Zeiteinheit in die Stufe niedrigster Temperatur eingespeiste zu destillierende Flüssigkeit
in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Sättigungsdruck der Stufe höchster Temperatur
gesteuert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Mehrstufen- so
Verdampfer mit von Stufe zu Stufe abnehmende Temperaturen aufweisenden Verdampfereinheiten,
die einen von der zu destillierenden Flüssigkeit einerseits und von den Brüden der vorhergehenden
Stufe andererseits beaufschlagten Wärmetauscher aufweisen, mit einem Kondensatsammler in jeder
Stufe, einer Kondensatabführung aus der Stufe niedrigster Temperatur und mit einem die Stufen mit
der niedrigsten und der höchsten Temperatur brüdenseitig verbindenden Verdichter, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verdichter als Dampfstrahler (24) ausgebildet ist, daß die Stufe (7d)
niedrigster Temperatur mit einer Zuführung (46) für die zu destillierende Flüssigkeit verbunden ist, daß
die Stufe niedrigster Temperatur konzentratseitig *■>
unter Einschaltung einer Pumpe (37) mit der Stufe (Ja) höchster Temperatur verbunden ist und daß die
der Stufe mit niedrigster Temperatur vorhergehende Stufe (7c) mit einer Abführung (40) für das
Konzentrat versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (7a) höchster Temperatur
einen Auslaß (27) zum Ablassen von nicht kondensierbaren Gasen aufweist
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentratseitige
Verbindungsleitung (38) zwischen der Stufe (Jd) niedrigster Temperatur und der Stufe (7a) höchster
Temperatur mindestens einen Wärmetauscher (21) in mindestens einer der dazwischen liegenden Stufen
aufweist
9. Vorrichtung nach einem der Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß an der Stufe (7a)
höchster Temperatur ein Temperatur- oder Druckfühler (43) angebracht ist und über eine Steuerleitung
mit einem Ventil (44) in Verbindung steht das sich in der Zuführung (46) für die zu destillierende
Flüssigkeit befindet.
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